图形转移(线路成形)教育资料课件.ppt
FPC 图形转移（线路成形）基础教育资料,一、概述.3二、材料介绍.4三、线路成形工艺流程及原理.16 前处理.17 DF贴合/压着.20 露光.23 现象.31 蚀刻.33 剥离.35 DES其他.36四、常见异常及原因对策分析.37五、设备立上评价项目.38 六、材料评价项目39 七、修改履历40,一、概述,线路形成是整个FPC制作的基础，它是每一个后续工段得以进行的载体；线路的形成过程相对于其他工程，如电镀等工程来说，相对简单些，只是工段比较多，本文就针对该工程需要的材料和工程内不同工段的基本原理和作用做个基本的介绍。,二、材料介绍,（一）铜箔基材（常简称为铜箔或基板）包括铜箔和基材（Base Film），是将一层薄薄的铜层涂覆粘结在柔性介质薄膜上。A、目前常用的基材（Base Film）有两种：1.聚酯(POLYESTER)-通常说成PET，价格低廉，电气和物理性能与聚酰亚胺相似，较耐潮湿，其厚度通常为15MIL，适用于-40-55的工作环境，但耐高温较差，决定了它只能适用于简单的柔性PCB，不能用于有零组件的FPC板上。,2.聚酰亚胺(POLYIMIDE)-通常说成PI，它具有优异的耐高温性能，耐浸焊性可达260、20sec，几乎应用于所有的军事硬件和要求严格的商用设备中；PI的耐高温性能允许进行多次焊接和返修；它还具有介电强度高，电气性能和机械性能极佳，使最常用的生产FPC和PCB的材料。但易吸潮，价格贵，其厚度通常为0.5-5Mil。B、铜箔：按铜箔厚度可分为0.5oz、1oz、2oz，相对应为17.5um、35um、70um；按种类分可分为-压延铜箔与电解铜箔：,电解铜箔-通常用ED表示(electrolytic ally deposited copper)特点：用电镀的方法形成，其铜微粒结晶状态呈垂直状，利于精细线路的制作，常用在弯曲性要求较低的FPC板上。,电解铜箔晶粒结构图，其延伸率为420%，因其铜微粒结晶呈垂直针状，在蚀刻时容易形成垂直的线条边缘，另外ED的粗糙的一面与基材的结合力非常好，有利于焊接工艺。,压延铜箔-通常用RA表示(rolled annealed copper)特点：采用厚的铜箔多次重复压延而成，具有较高的延展性（延伸率达627%）及耐弯曲性，一般用在耐弯曲的FPC板上。见下晶粒结构：,如图压延铜箔在压延的过程中，铜微粒形成水平轴状结晶，具有比电解铜箔更高的延展性；但是这种铜箔在某种微观程度上对蚀刻液造成一定的阻挡，且RA的两面都非常光滑，所以需要进行化学处理以增加与基材的结合力。,就铜箔基材的规格来说，主要就其厚度而言，南屏常使用的有三种，1oz1mil、1/2oz1mil、1/2oz1/2mil；龙山工厂使用的铜箔种类，主要都是两面铜箔，厚度一般为1/2oz和1/3oz，PI层也分1mil和1/2mil，不同点在于：内层线路：无需镀铜；外层线路：不同品目镀层厚度不一，分23m和25 m厚；两面单张：镀层厚度8 m、15 m和17 m。,（二）、干膜（Dry Film）,A、干膜的组成：水溶性干膜主要是由于其组成中含有机酸根，会与强碱反应使成为有机酸的盐类，可被水溶掉。干膜是由聚酯薄膜、光致抗蚀剂膜及聚乙烯保护膜三部分组成，结构见图：,聚酯薄膜式支持感光胶层的载体，使之突布成膜，通常厚度为25m左右；聚酯薄膜在曝光后现象前撕去，防止曝光时的氧气向抗蚀剂层扩散，破坏游离基，引起感光度下降。聚乙烯膜是覆盖在感光胶层上的保护膜，防止灰尘等污物沾污干膜，避免在卷膜的每层抗蚀剂膜之间相互粘连，聚乙烯膜一般厚度为25m左右。光致抗蚀剂膜为干膜的主体，其厚度视其用途不同有若干种规格。,B.光致抗蚀剂膜的主要成分和作用 1）粘结剂：使感光胶各组份结成膜，起抗蚀剂的骨架作用，在光致聚合过程中不参与化学反应，一般为聚苯丁树脂。2）光聚合单体：是光致抗蚀剂胶膜的主要成分，在光引发剂的存在下，经紫外光照发生光聚合反应，生成体型聚合物，感光部分不溶于显影液，未曝光部分可通过显影除去，从而形成抗蚀图像，多元醇烯酸酯类及甲基丙烯酸酯类是广泛应用的聚合单体。,3）光引发剂：在320400nm波长的紫外光线照射下，光引发剂吸收紫外光的能量产生游离基，而游离基进一步引发光合单体交联，一般使用安息香醚，叔丁基蒽，醌等作为光引发剂。4）增塑剂：增加均匀性和柔韧性，一般为三乙二醇双醋酸酯。5）增粘剂：增加与铜表面的化学结合力，防止因粘结不牢引起胶膜起翘、渗镀，一般为苯并三氮唑。,6）热阻聚剂：阻止热能对干膜的聚合作用，一般为甲氧基酚，对苯二酚7）色料：使干膜呈现鲜艳的颜色，便于检查和修理，一般为孔雀石绿、苏丹三等色料8）溶剂：溶解上述各组分，一般为丙酮、酒精等,C.干膜的技术条件 1）外观：无气泡、颗粒、杂质；厚度均匀，颜色一致；无流胶现象，膜卷必须卷绕紧密、整齐，层间对准误差应小于1mm。2）剥离性：揭聚乙烯保护膜时，保护膜不粘连抗蚀层。3）变色性：曝光前后颜色应有明显的变化。,D.干膜的作业环境 干膜作业的环境，需要在黄色照明,通风良好,温湿度控制的无尘室中操作，以减少污染增进阻剂之品质。目前我们露光房的温度要求是21 3，湿度的控制范围是6015RH%。,（三）、PEN、PETN材（南屏）,作用如下：制品表面保护，防止因清洗不净剥离槽的药液导致的补材剥离产生。用于此目的时一般在DES完了后将其撕离，建议使用PETN材，减低成本。折痕对策，运用于FA薄的品目（1/2OZ，1/2mil，1/3OZ，1/4 等）。用于此目的时一般在电镀完了后将其撕离，由于过程中必须经过保胶压着、烘箱，所以必须使用PEN材料。材质：如图所示：,线路成形所需的材料介绍完毕，以下是线路成形的工序介绍。,三、线路成形工艺流程,1.概述：线路的成形过程按照工艺流程可以分为以下几个工段：,2.铜箔前处理：首先说明铜箔前处理的目的：（1.）去除铜箔表面的氧化层、油污、指印、灰尘颗粒及其它污物；（2.）使铜箔形成微观粗糙的表面，增大干膜与铜箔表面的接触面积，增强干膜同铜箔的结合力。,其中结合力分为机械力和化学力两种：化学力即界面化学作用力，包括分子间的范德华力、极性键力等，不管是机械力还是化学力都需要一定的接触表面积和接触角，才能使干膜和铜箔表面之间达到良好的结合。理论上表面粗糙度峰谷值“H”应在22.5um以内,峰间的宽度“W”在34um之间时,干膜可得到最佳的粘着性（如图示）,铜箔前处理有三种处理方法：机械清洗、化学清洗、电解清洗；前处理效果检查：一般使用水膜破裂试验法，裁剪好1sheet铜箔制品，洁净水浸湿，45放置，可见整个版面有一层连续的水膜，能保持在15秒钟不破灭则表明前处理效果好；,3.DF贴合工程：A、设备运行的截面图：,B、DF贴合原理：从干膜上撕下聚乙烯保护膜，在加热条件（一定温度条件下，视不同干膜而定）下将干膜抗蚀剂粘贴在铜箔上，干膜在上述之温度下达到其玻璃态转化点而具有流动性及填充性，借助加热滚轮的压力和抗蚀剂中胶黏剂的作用而覆盖铜面。,但温度不可太高，否则会引起干膜的聚合而造成显像的困难。压膜前板子若能预热,可增强其附着力。,C、贴合要求：贴合的三要素：贴合压力、加热滚轮温度、传送速度；压力小、贴不牢；压力大、容易褶皱；温度低、干膜与铜箔表面结合力差，在显影或者电镀过程容易起翘和脱落；温度高、图像发脆，耐镀性变差；完整的贴膜应是表面平整、无皱折、无气泡、无灰尘颗粒等夹杂，为保持工艺的稳定性，贴膜后应经过15分钟的冷却及恢复期再进行曝光。我司干膜贴合信息汇总如图：,4、露光：(1.)露光原理：即在紫外光照射下，光引发剂吸收了光能分解成游离基，游离基再引发光聚合单体进行聚合交联反应，反应后形成不溶于稀碱溶液的体型大分子结构。（2.）露光机种类 按不同分类可分为手动和自动、平行光与非平行光、LDI镭射直接曝光。,这里需要说明的是平行光与非平行光的区别、如何测量及评价露光机的平行度。,平行光与非平行光,非平行光与平行光的差异，平行光可降低Under-Cut。其差异点，可见下图示，显影后的比较。做细线路(4mil以下)非得用平行光之曝光机。,现象后制品的SEM图片,如何测量和评价露光机的平行度,定义：从平行度(collimate)字面的意思就是使直向行进，而从光的眼光而言则是让光行进同时垂直于照射面。工具和方法：个人理解：一种方法是直接使用DF后的制品进行曝光，后作SEM分析，察看其断面形状即可；另一种理解就是我司现在使用的光量计测量照度分布，检查光量分布是否均匀，按照一定的测量方法和标准进行。,测量方法和相关的标准,使用光量计UIT-150/250测量，等光源稳定后将曝光设置打至手动状态，在作业台上选择N（N9）个均匀分布的点（如图分布）进行测量，记录相应的数据即可；,合格基准：两个基准，其一：(Max-Min)/(Max+Min)100%5%；其二：Min/Max 100%95%，后者较为严格，日本现用的标准。,（3.）影响露光质量的因素:.光源的选择 要求是干膜光谱吸收主峰与光源发射主峰重叠或大部分重叠；一般镝灯、高压汞灯和碘镓灯是较好的光源，我司使用的水银灯如下表示：.曝光时间的控制 这是最为重要的因素。曝光不足，抗蚀膜聚合不够，现象时胶膜溶胀、变软，线条不清晰，色泽暗淡甚至脱胶；曝光过度，将产生现象困难，胶膜发脆、余胶等问题。,确定最佳曝光时间的方法：使用光密度胶片（司内称之为段数胶片or Step tablet）对干膜进行露光，不同干膜厂家会提出对应的密度，我司使用的光密度胶片有以下几种级别：18级（段）、21级（段）、25级（段）等，如下附件所示：,我司使用不同干膜所对应的段数：,严格来讲，以时间来计量曝光是不准确的，因为光源强度是随电压改变而波动，随灯的老化而下降的。为使每次曝光能量相同，必须使用光能量积分仪来计量曝光。我司使用的光量计有两种：UIT-150、UIT-250，通过每周定期检测实测光量来控制曝光时间的稳定性；.露光底片的质量 主要表现在光密度和尺寸稳定性两方面。光密度表示为透光部位的光密度要越小越好，最小值小于0.2；不透光部位光密度越大越好，最大值要大于4.0（如前step tablet中的density值）；尺寸稳定性随环境的温度和贮存时间而变化，故需注意胶片保存环境的温湿度；,.廓清率设定（clearance set）意为露光底片与制品之间的距离，不同场合设定值不同；廓清率设置过大，平行光狭缝散射或衍射，使得不曝光部位感光，导致导体宽幅过大或现象不尽；廓清率设置过小，在自动运行过程中因制品折皱变形等导致真空吸着异常或细小异物转写。画像处理精度 我司控制的画像处理精度和回数分些是5m以内和5回以内，避免露光偏移的出现。除此以外，曝光机的真空系统和真空曝光框架材料的选择，也影响曝光成像的质量。,5、现象：原理：利用稀碱溶液与光致抗蚀剂中未曝光部分的活性基团（羧基）反应，生成可溶性的物质溶于水，而曝光部分的干膜不发生溶解。药液及条件：1%NaCO3，建浴时使用纯水建浴，最佳的现象条件是最小现象时间（BP）的1.5-2.5倍，实际生产中再根据所需密着性进行调整；因干膜溶解如碱液后会产生一定的泡沫，故需要定量添加适量的消泡剂，我司使用的消泡剂汇总如图：BP测试方法：使用该个工程的铜板，DF贴合后于DES现象，裁剪为约300mm长，根据现象槽长度，仅留用约3列喷嘴的现象有效长度，其余位置使用邪魔板遮蔽，粗略计算干膜的BP或根据厂家给出的BP设定初始测试速度，按0.5m/min的速度递增减，直至铜板上的干膜刚好,被完全洗掉，记录此时速度，根据：BP=现象有效长度/干膜刚好被完全洗干净的速度*60s；得出该现象槽的BP时间。,5、现象：影响现象效果的因素：现象时间的有效控制（1.5-2.5倍BP）、喷淋压力（0.15Mpa左右）、喷淋摇摆频度（30回/min）、滚轮间距和清洁程度、喷嘴形状及喷淋形状等。经过显影后的线路板即使有部分显影不完全或残留也不易检查出来，通常采用氯化铜试验来测试：将显影后的板子放入氯化铜稀溶液中，少时取出，裸露出来的铜箔表面会变成深棕色的氢氧化亚铜，当未完全显影有部分残留时用肉眼就能非常清楚的检查出来。,6、蚀刻：原理：在蚀刻过程中，氯化铜中的二价铜具有氧化性，能将印制电路板面上的铜氧化成一价铜，其化学反应如下：Cu+CuCl2Cu2Cl2，在有H2O2存在的情况下：Cu2Cl2+2HCl+H2O2 2CuCl2+2H2O 影响蚀刻速度的因素：影响蚀刻速率的因素较多，但影响较大的是蚀刻液中的氯离子、一价铜的含量，蚀刻液的温度及二价铜的浓度等；氯离子的影响：我司通过滴定柜控制盐酸浓度来控制氯离子的含量，在蚀刻反应过程中，生成Cu2Cl2不易溶于水，而在铜的表面生成一层氯化亚铜膜，阻止了反应进行。但过量的氯离子能与Cu2Cl2络合形成可溶性络离子CuCl3 2-从铜表面溶解下来，从而提高了蚀刻速率；,6、蚀刻：一价铜和二价铜的含量比例：在蚀刻过程中，随着化学反应的进行，就会形成一价铜，微量的一价铜存在蚀刻液内，会显著的降低蚀刻速率，而随着反应的进行，当铜含量达到一定浓度时，蚀刻速率就会下降；要保持恒定的蚀刻速率就必须控制蚀刻液内的含铜量；我司通过控制ORP（氧化还原电位）550-700mv来平衡一价铜和二价铜的比例；蚀刻液温度：最好温度控制在45-55。当然温度升高，蚀刻速率增加，但温度过高会引起盐酸过多的挥发，导致溶液组分比例失调；二价铜浓度：铜浓度在240-280g/L之间可以维持一个比较稳定的蚀刻速度和循环状态。,7、剥离：原理：使用3%-5%的NaOH强碱使得干膜膨胀发软，破坏干膜与铜张板之间的结合力最后脱离铜板表面。条件设定：通过确认LP（最小剥离时间），按照2倍LP时间来设定速度；LP确认方法：G2text板露光现象后，某个速度在剥离槽内流动，记录刚好被完全剥离干净的距离，根据LP=刚好完全剥离的距离/流动速度*60s得出结果；影响因素：药液浓度和温度，如下图：,药液喷淋压力和喷嘴形态:压力越大剥离时间越短，但考虑到制品被冲压变形，一般考虑为0.25MPa以下；,8、其他药槽作用：现象后水洗：保证水洗温度在30以下，保证水洗的时间是现象时间的1/2以上，理想状态是和现象时间同等；现象水洗不足容易导致现象液清洗不尽，在酸性环境下再DF化；蚀刻后酸洗：目的是将蚀刻后线路侧壁上的氯化铜残液和蚀刻液与曝光干膜混合产生的黑色油污物去除；酸洗效果不足的情况下，会导致剥离液沉淀无和黑色油污物析出，影响剥离效果；剥离后酸洗：酸碱中和，去除表面附着碱液，并对线路成形后的板面进行微蚀刻处理；防锈槽：防止氧化变色；但防锈层厚度与CF的接着强度呈反比，故防锈膜厚管理范围：33-38*10-10m；液温20 时，处理时间控制在25-30s，25-30 时，处理时间控制在10-20s；,防锈后水洗：为了防止变色，防锈后水洗需使用纯水，保证最后一道纯水洗的电导率在5s/cm以下。,
